[发明专利]基于非球面镜的双视场全景环带成像装置

说明书

本发明公开一种基于非球面镜的双视场全景环带成像装置，该装置包括在同一光轴上依次设置的前置成像透镜组、全景环带物镜、孔径光阑、后继成像镜组和图像传感器。本发明的全景环带成像装置采用双视场成像结构，在可见光波段可对(0°‑139°)×360°的视场范围进行同时成像，消除了传统全景环带成像装置所存在的盲区问题。此外，在扩大全景环带成像装置的视场角的同时，保证了全景环带成像装置的结构紧凑性，实现了高分辨全景图像的获取。

技术领域

本发明涉及非球面镜的双视场全景探测领域，具体涉及一种基于非球面镜的双视场全景环带成像装置。

背景技术

全景成像技术是一种对周边360°环境进行直接探测和成像的技术。其通过某种特殊的大视场反射光学系统，对大视场内所有的场景进行一次性的探测与成像。该方法具有结构紧凑、无需移动部件和高分辨成像的特点。目前，大多数全景成像相机采用一系列折反光学元件。鱼眼镜头虽然可以覆盖达220°的宽视场，但在成像方面也具有很大的缺陷，其体现为不均匀的像面照度以及不同市场的分辨率不同。由于折射法成像所能提供的视场压缩能力有限，因此在面对大视场成像时，传统的折射式成像系统遭遇了巨大的挑战。

发明内容

针对现有技术的传统全景环带成像装置成像时中心具有盲区的问题，本发明提出一种基于非球面镜的双视场全景环带成像装置，具体技术方案如下：

一种基于非球面镜的双视场全景环带成像装置，该装置包括在同一光轴上依次设置的前置成像透镜组、全景环带物镜、孔径光阑、后继成像镜组和图像传感器；

所述的前置成像透镜组包括一个部分透射部分反射的膜以及若干个透镜；

所述的全景环带物镜的外侧表面为全景环带折射表面；

所述的全景环带物镜的内侧中心下表面包括边缘处相接的环形第一反射面和圆形第二折射面，且所述的圆形第二折射面位于所述的内侧中心下表面的中心位置；

所述的全景环带物镜的内侧中心上表面包括边缘处相接的环形第二反射面和圆形第一折射面，且所述的圆形第一折射面位于所述的内侧中心上表面的中心位置；所述的环形第二反射面外边缘与所述的全景环带折射表面相接；

所述的孔径光阑的中心位于所述的前置成像透镜组的几何焦点处；

所述的前置成像透镜组和全景环带物镜同时获取不同视场角的图像，将图像压缩，经后继成像镜组，分别成像于所述的图像传感器上的中央圆形区域和环状区域，且中央圆形区域和环状区域同心，所述的中央圆形区域的图像对应前向视场，所述的环状区域的图像对应全景视场。

进一步地，所述的全景环带折射表面、环形第一反射面、圆形第二折射面、环形第二反射面、圆形第一折射面均为非球面。

进一步地，所述的后继成像镜组由多块具有偶次非球面的透镜组成，其中，至少包括一块具有偶次非球面的负透镜和一块具有偶次非球面的正透镜。

本发明的有益效果如下：

本发明的全景环带成像装置采用双视场成像结构，即同时对中心视场和环形视场成像，获得两个视场的弯曲图像，并将其压缩传递至孔径光阑处，然后通过后继成像镜组将孔径光阑处的弯曲图像解压并投影到探测平面上，将本发明周围的三维空间转化为二维环形或圆形图像，进而在图像传感器上成像。本发明的装置在可见光波段可对(0°-139°)×360°的视场范围进行同时成像，消除了传统全景环带成像装置所存在的盲区问题。此外，在扩大全景环带成像装置的视场角的同时，保证了全景环带成像装置的结构紧凑性，实现了高分辨全景图像的获取。本发明的装置还可与电影摄像机、医疗器械、监视系统、机器人系统、飞行指挥与控制系统、运动摄像机、无人驾驶汽车以及通常包括超广角系统的虚拟现实(VR)相关联或结合使用。

附图说明

图1为本发明的实施例的光学系统结构图；